引言

我又一次回到了检查站，交通状况与往常无异。看上去百无聊赖的士兵挥手示意步行的平民、满是尘土的汽车，以及因装满了牲畜和农产品而开得有些颤颤巍巍的卡车一一通过检查站。一切如常。

然后，大门前的悍马车突然爆炸了。

从灼眼的爆炸火球之中，我看到一个男人全速向我跑来的身影。他还穿着一件自爆背心。我一枪放倒了他。

随后，我飞快地向左边瞥了一眼，发现一个刚刚举起枪的狙击手。不过他的枪没我的快。

这时有一大群人蜂拥而至，也许是7个人？他们突破了检查站，所有人都端着机枪。我扫了这群人一眼，以确定谁离我最近，我需要先干掉谁。这只是个顺序问题。

又有3个人从可以俯瞰检查站的一座低矮建筑的屋顶上飞奔而过。反正我也看到他们了。于是我又“砰砰砰”3枪搞定了他们。

之后，便没有更多来犯之敌了，只有沙漠之风在轻吟。我仍然严阵以待，冷静而警觉地扫视着地平线。

灯亮了，技术人员走了进来。

“这是怎么了？”我问。

“没什么，”技术人员有点惊讶，“你完成了。”

“你什么意思，完成了？”我很失望。我在模拟环境里待的时间应该还没超过3分钟。“我能继续吗？”

“不，都结束了。”

“我干掉了几个人？”我问道，边说边交出了我的步枪和头盔，切断了那股流经我大脑的电流。

她耸了耸肩：“所有人。”

当然，我身处之地是南加州一个单调乏味的办公园区，远离任何冲突中的检查站。我手中的是一把改版的M4突击步枪，可发射二氧化碳弹，不过那些弹药只能给出一点后坐力，而没有任何杀伤性。我所射击的对象也不是真人，它们只是由程序员们设计出来的墙壁大小的军队训练模拟器所生成的图像。

但我头上戴着的电刺激装置是真家伙。我已经签署了相关同意书：让1节9伏电池产生的数毫安电流穿过我的头骨，以测试它能否提升我的射击能力。科学家们的假设是，这种电流会重新校准我大脑中另一种不同的电流——我们的神经系统自然产生的赖以交流的生物电信号。他们希望通过对我大脑的执行部分进行人为的电击来压制这些微妙的自然电流，从而使我的大脑进入一种全神贯注的状态——这刺激足以将我这个习惯于慵懒瘫坐在桌前的记者，变成一个随时投入战斗的刺客。

这一幕发生的时间要回溯到2011年，当时我还是《科技新闻》杂志的撰稿人兼编辑。这是我梦寐以求的工作，为此我不惜漂洋过海前往英国。在此之前，我曾为美国的《IEEE频谱》工程杂志报道微芯片和神经技术，这份工作和我的童年经历倒也相称。我父亲曾是一名无线电工程师，他在我们家的地下室里堆满了各种有趣的玩意儿：电路板、糖果色外皮包裹的电线、电烙铁，以及一本相当齐全的20世纪中期科幻杂志《类似体》的旧作品目录。我日后成为一名科普作家，部分原因便是想要目睹那些旧的科幻故事中的想法如何蜕变成真正的科学。

这也解释了为什么我第一次听到这个令人难以置信的军方大脑刺激实验就着迷不已。这种被称为经颅直流电刺激（tDCS）的技术已在科学媒体上火了好几年，我一直保持关注。这一技术展示了一些引人入胜的结果，让人感觉它似乎无所不能，从改善难治性抑郁症到提升数学技能均不在话下。根据给我进行接线的科学家的说法，这种电流可能会改变我大脑中神经元之间的连接强度，使它们更有可能协同工作。神经元间的自然同步是所有学习的基础，而用电场加速这种同步，理论上会加快我学习一项新技能的速度（在这个例子中，它把我变成了詹姆斯·邦德这样的超级特工）。

2009年，当我初次窥见这种不同寻常的全新“用电”方式时，它还只涉及一些鲜为人知的医学试验和秘密军事项目。而今天，在头上戴一个电刺激器的想法已不像当时那么怪异；要是硅谷的某些怪才为了获得一点额外的智力优势，除了间歇性断食或服用微剂量的裸盖菇素，还会给自己做个与此类似的“电疗”——这幅情景也并非完全不可想象。

但这种方法不仅仅是用1伏的电压来提高你的智力（电还有许多其他的应用方法），也可以用来治疗身体和精神上的疾病。以治疗帕金森病的最后手段，脑深部电刺激为例，在这种治疗中，两个大小和形状都接近生意面的电极被植入患者大脑的最深处，以缓解疾病的破坏性症状。在取得巨大成功之后，科学家们正在测试其他疾病的电刺激治疗方法，包括癫痫、焦虑症、强迫症和肥胖症。另一个例子是“电子药物”的兴起：这些米粒大小的电子植入物被固定在身体的神经周围，据说可以中断神经信号。在以老鼠和猪为对象的试验中，这种药物似乎可以治疗糖尿病、高血压和哮喘。2016年，它在人体试验中取得了出色的早期结果（似乎可以治疗类风湿性关节炎），促使谷歌的母公司Alphabet与一家跨国制药公司合作，投资5.4亿英镑，尝试利用人体电信号治疗克罗恩病和糖尿病等。

因此，当我发现有机会亲自做一次美国国防部项目的小白鼠时，我欣然从命，而且我并没有乘兴而往、失望而归：我自己的tDCS经历堪称一次颠覆。通过让我的神经细胞经受电场的洗礼，我的专注力立刻得到了提升，这带来了射击技巧的相应提升。这给人的感觉颇为不可思议，就像有人终于关掉了我脑海中所有让我分心的自言自语一样，而在那一刻以前，这些消极的自我对话一直就像商场播放的背景音乐一样让我不堪其扰。这段经历让我就此转变，我愿向任何愿意听我说话的人宣扬电的积极力量。

当我将详细描述这段经历的故事发表在《新科学家》杂志上时，它像病毒一样传播开来。时机非常完美：21世纪第二个十年初，硅谷的神奇思维正在兴起，每个人都渴望成为一个仅靠Soylent流食代餐维生的高产超人。这些超人类主义者迫切需要新方法来升级他们孱弱的肉身。现在，“电”也已准备好加入这一全套提升工具之中，来帮助人们超越人类的根本局限性。这篇文章成了“DIY tDCS”论坛上的置顶内容，业余神经工程师在这里交换电路设计和设备规格，让他们在地下室里对自己的大脑进行超频。媒体看到了由此而来的希望，当然也有与之相随的巨大危险：科学播客“Radiolab”的制作人对tDCS设计人工禅宗的能力很感兴趣。作家兼人类学家尤瓦尔·赫拉利将我的故事写进了他的书《未来简史——从智人到智神》中，作为一个警世寓言，一个对人类试图将自己改造成神的可怕警告。韩国纪录片制片人想让我推测神经刺激是否会改变人类的状况。一位采访记者还称我为“tDCS的雅芳女士 ”。

对于这种操纵人体自然电的方式，我并不是首个对其前景加以探寻的记者。自21世纪初以来，成千上万的研究（其中许多是在牛津大学、哈佛大学和柏林夏里特医学院等著名大学进行的）均指出tDCS是一种改善思维的方法。给自己的脑子加上一点儿电，可以增强我们的记忆力、数学技能、注意力、专注力和创造力——它甚至有望治疗创伤后应激障碍（PTSD）和抑郁症。相关数据和头条新闻已经为此做了多年铺垫，但我的这段奇异经历让它从枯燥的临床材料变成了一种“身临其境”般的体验。值得期待的实验结果，加上日益增长的公众兴趣，让富有创业精神的初创企业从这两者的结合中嗅到了商机，开始迅速兜售起自己商业版本的大脑增强头戴设备——我已经对此进行了实际测试。这些造型小巧可爱的可穿戴设备要花上你几百美元，它们与国防部手提箱里那些价值1万英镑的装备几乎风马牛不相及。尽管如此，它们还是很快就被那些寻求额外智力优势的人采用，其中也包括高水平运动员。金州勇士队是一支十分强大的球队，却被指责正在“毁了篮球”。这是因为在每场比赛之前，金州勇士队队员都会在训练中戴上这种设备，让他们的大脑进入状态。美国奥运滑雪队也在训练中使用此类头戴设备，这引发了对他们使用“大脑兴奋剂”的指控。

随之而来的是不可避免的反对和抵制之声。怀疑论者开始质疑这一切是否被描绘得太过理想，结果却是骗局。治疗抑郁症？更高的专注度？更长期的记忆？代数水平的提升？很快，一批研究开始揭穿先前大量前景诱人的发现：为了证明tDCS中涉及的电流对神经元不存在可能的影响，一组人对一具尸体进行了电刺激，并得出结论，所谓tDCS就是伪科学的胡扯；另一项研究则以元分析方法考察了数百项tDCS研究的所有效果，并得出结论，如果你对其所有效果取平均值，你将一无所获。

怀疑论者有史可鉴，他们指出，200年来，所谓电疗法的骗局层出不穷。各个时代的江湖郎中均声称，他们的各种电腰带、电手环、电浴器和其他新奇装置可以包治百病，从便秘和癌症等长期疾病到“男性活力”丧失和过度手淫等更具维多利亚时代风格的抱怨。对批评者来说，这证明了今天这些宣扬脑电刺激好处的人并不比19世纪70年代那些兜售电动阴茎带的江湖骗子更有科学依据。

于是人们一致认为，tDCS即使不是彻头彻尾的骗局，也肯定与此相去不远。他们是对的吗？我是不是成了安慰剂效应的最新受害者？难道让我信以为真的，只是改头换面一番，披上了“硅谷”的闪亮外衣，但实际上已经演了200年的江湖套路？

我自己也开始对这一点有所疑惑。当我还因初次tDCS带来的脱胎换骨之感而欣喜万分时，我很快开始尝试其他实验室提供的颅部实验。我发现牛津大学的实验心理学系正在研究tDCS在提高数学能力方面的潜在作用。由于数学不是我的强项，这将是检验我是否遭遇潜在安慰剂偏差的完美方式：通过重复实验，看看电刺激有多好。

我走进那个地方，期待着自己能展现精湛的运算技艺。我想象着在脑电刺激后，我自己也可以捏住一支粉笔在黑板上肆意挥洒一番，在上面写满你在《心灵捕手》和《美丽心灵》影片中看到的一大堆方程式。我兴冲冲地去了。但几个小时后，当我离开实验室时，我身上唯一和“灵光一现”的状态搭调的只有我涨得通红的脸，因为这几个小时的公开考试基本上一团糟，让我羞愧不已。当我戴着愚蠢的电极帽时，我没能释放我内在的数学天赋。也许这一切真的都是胡扯。

但如果这纯属江湖骗术，为什么它似乎仍然对如此广泛的疾病有效？那些医生肯定不会都错了吧？当时，除了查找相对无害的tDCS小电击，我四处查找医学领域的电研究。我了解到植入脊柱的侵入性刺激器帮助瘫痪的人重新行走；它们也被植入大脑，帮助罹患难治性抑郁症的患者重新振作；它们还被植入迷走神经，以治疗类风湿性关节炎。电的本质是什么？它是用什么机制来治愈身体的？我的脑海中一直萦绕着一个问题：电和生物学之间的关系到底是什么？

即便这项技术当真有用，我也只知其然而不知其所以然。所以我决定搞明白这个问题。而从我开始钻研这个领域起便一头扎了进去，足足花了10年的时间才爬出来。在过去的10年里，我一直被这些问题和它们的答案激励，现在我想把这种激励传递给你们。

《解码生物电——下一场生命科学革命》讲述的是在我们全身涌动的自然电流的故事，以及如果我们学会如何操纵它，世界将会发生何等翻天覆地的改变。在接下来的文字中，我将为你呈现一种贯穿所有生物的生与死、支撑它们的一举一动和意图的物质：电。这种自然电流的存在早于我们的神经系统，甚至早于人类本身；早在第一批鱼类突变体登上陆地之前，它就已经在我们祖先的身体里肆意穿梭了。这是关于我们的最古老的存在，也是关于生命本身的最古老的存在之一。

我对职业射击的短暂客串只是一个例子，它展示的是对我们身体中蕴含的自然电加以利用所带来的机遇与危机。我们本质上是带电的生物，但我们“电气化”的程度会让你感到震惊。毫不夸大地讲，你的每一个动作、感知乃至思想均完全地、彻底地由电信号控制。你体内的电并非来自电池的电，也不是那种点亮灯泡或给洗碗机供电的电。生活中常见的电是由电子（一种在电流中流动的带负电荷的粒子）构成的。

人体所运行的电是一个完全不同的版本：“生物电”。这些电流不是由电子产生的，而是由钾、钠和钙等大多数带正电荷的离子的运动产生的。这就是所有信号通过神经系统在大脑内部以及大脑和身体各器官之间传递，从而实现感知、运动和认知的方式。它是我们思考、沟通和运动的基础，是我们跌倒后膝盖擦伤的原因，也是擦伤的皮肤愈合的原因。它可以解释为什么小熊软糖尝起来是酸的，为什么我们可以拿起一杯水来漱掉这味道，以及我们如何知道自己渴了。

你从墙上插座里引出的电流是由发电厂产生的，而对你体内的电流来说，发电厂就是你自己。你体内的40万亿个细胞中的每一个都是一节小电池，有自己的小电压：当处于静息状态时，细胞内部的负电荷（平均）比细胞外的液体高70毫伏左右。为了保持这种状态，细胞不断地让离子进出包围它的膜，总是努力保持-70毫伏的电压。所有这些电压对你来说可能听起来太过微弱，根本不值得加以注意。是的，在我们生命的尺度上，70毫伏的差异是微不足道的，这大约是助听器所需电量的1/1000。但从神经元的角度来看，这就完全是另一码事了。当神经冲动沿着神经纤维呼啸而下时，神经元中的通道就会打开，数百万离子立即被释放到细胞外的空间，而且带着它们所有的电荷。这种大规模电荷迁移产生的电场约为每米100万伏，在这种电场规模下，感觉就如同一整道闪电从你伸出的一只手传递到另一只手上。这就是你身体里的每一个神经元在你生命中每一刻的感觉。

生物学家一直都知道，这些生物电信号负责大脑和神经系统之间的所有通信：你可以把它们想象成电话线，帮助大脑的指挥中心与你的肌肉沟通，控制你的四肢。

但是生物电并不局限于我们的大脑。在过去的几十年里，我们已越来越明确的是，你身体的每一个细胞都在使用这些信号，而不仅仅是那些控制你的感知和运动的细胞。

你的每一个皮肤细胞都有自己的电压，它与邻近的细胞结合形成一个电场。你甚至可以用电压表测量皮肤的电压值：只要拉伸一块皮肤并将其连接到电极上，“皮肤电池”就会点亮一个灯泡。你也可以用前列腺电池或是胸部电池给同一个灯泡供电。当这个电场被组织损伤破坏时，你能感觉到。你咬到舌头或脸颊内侧时，是否会感到一种刺痛感？这是伤口的电流在召唤周围的组织来提供帮助。

同样，你骨头里的细胞也是带电的。你的牙齿是带电的。你的器官是带电的，包裹每个器官的上皮组织也是如此。还有血细胞。每个细胞个体都是一座微型发电厂，产生微小的电压，以此在它们内部和彼此之间进行交流。

我们过去认为那些非神经系统细胞主要使用生物电信号来完成琐碎的清洁和维护任务，如废物处理和能源管理。但新的研究越发表明，它们的作用远不止于此。我们比一般人所认为的更“来电”。

最近，科学家们发现，当我们在子宫里成长时，电信号也会发出指引，以引导我们形成最终的形状——两条胳膊、两条腿、两只耳朵、一个鼻子。当这种信号在子宫内被中断时，事情就会变得一团糟，所以科学家们现在正在研究通过重新调整我们的电流来防止出生缺陷的方法。电对出生如此重要，对死亡亦是：癌细胞有其非比寻常的电压，最近的证据表明，它们使用电信号来与宿主环境进行交流，而破坏这些信号可以阻止癌细胞转移。

这种自然电也并不局限于动物体内——从藻类到大肠杆菌，同样的信号在所有的生物体中都能被检测到。植物利用电在自身相距甚远的各个部位间传递信息，发出捕食者到来的警告并开启防御机制。当真菌纤细的卷须找到优质的食物来源时，它们就用电交流。细菌用电来决定何时将它们的菌落培养成耐抗生素的据点。即使是那些我们还没有完全弄清楚如何分类的生物（被我们一股脑塞进一个标有“原生生物”的笼统分类框里的生物）也会使用这些电子通信信号。

我告诉你这一切，是为了强调“生物电”不是一个晦涩的隐喻，也不是对一个乏味的生化事实的夸大。你和我真的很来电，而且是字面意义上的“来电”。所有生命的基础都是电。当我们的细胞电池耗尽时，我们都难免一死。

那么，如果我们学会了如何控制这个电开关，又会如何呢？

如果你仍然对我所说的不明所以（或者对我热情洋溢的论点持怀疑态度），那我得说，在这方面你并非形单影只。贯穿整个生物电历史的最显著标志，或者说在某种程度上界定这门学科的关键要素，便是其中充斥的怀疑态度，这些怀疑既来自物理学领域的研究人员，也来自生物学领域的相关人士。

在历史上，生物学家在试图证明生物现象有其电基础时多要面临艰苦的斗争，讲述他们遭遇的故事可谓不胜枚举。今天，我们已经习惯通过脑电图观察大脑活动，但可能不知道它的发明者汉斯·贝格尔曾因此备受嘲笑，也不知道他最终在1941年自杀身亡，他甚至未能见证他的设备如何改变了世界。即使是身体中最日常的电功能，也是在一场激烈论战之后才广为接受的；20世纪60年代，彼得·米切尔花了整整10年时间，耗费其大笔资金建立了他自己的实验室，以使科学界相信电是细胞产生能量的核心方式。（他于1978年获得诺贝尔化学奖，是为数不多的能够活着看到自己的想法获得赞誉的人之一。）

也许所有这些怀疑都可以追溯到生物电起源故事中发生的那场论战。路易吉·伽伐尼在18世纪晚期发现，电可以让我们的肌肉运动，这也许是最早围绕生物电展开的论战：你可能听说过他电击青蛙的实验，但你可能不知道，对他这一发现的怀疑引发了一场科学界的战争，并分裂了整个欧洲。这个生物电起源的故事深刻塑造了后几代科学家探究这个课题的方式，尤其是塑造了科学本身的结构。其结果便是，关于生命电基础的科学知识如今支离破碎地分散于众多学科中，其中许多学科彼此攻讦，认为其他学科都是在胡说八道。

即使到了今天，许多生物学家也可能对生物电一知半解。1995年，当伦敦帝国理工学院的癌症研究员穆斯塔法·迪加哥兹首次提出电信号与癌症有关的理论时，他的同事公开驳斥了他的观点。即使到了现在，虽然早已获得了诸多研究奖项，迪加哥兹仍会发现自己时不时需要对自己的研究再做一番解释，并且需要从头开始，因为有时对于同一个概念，一个研究人员会觉得“嗯，显而易见”，而另一个研究人员认为这听起来如同科幻小说。

这种现象反映了一套在科学框架中的僵化观念：生物学家固守生物学，至于电学研究，那就留给物理学家和工程师吧。不同学科的研究者之间简直就是鸡同鸭讲。另一位癌症生物物理学家理查德·努奇泰利曾说：“如果你主修生物学，你可能只会有半个学期的物理课程。你连电气工程这门课都不会碰到。”至于电脑科学，那更是想都别想。这似乎是一个显而易见、毫无问题的分工，但这意味着有抱负的物理学博士们只会学到特斯拉和他的交流电，而无从了解他们自己身体中运行的生物电，生物学的学生则两者都学不到。这种每个领域都应该“各行其道”的默认假设几十年来一直限制着生物学乃至科学的进步。我们需要的是一个全新的科学框架，以便将身体不同的电参数集于一堂，并以连贯整体的方式研究它们。

我们可以称这个整体为“电子组” 。

基因组和微生物组的确立是我们理解生物整体复杂性的关键步骤，而一些科学家认为，现在是时候绘制“电子组”的轮廓了：它包含细胞的电维度与特性、它们合作形成的组织，以及被证明与生命的各个方面均有关的电动力。正如破译基因组使我们了解了眼睛颜色等信息在DNA（脱氧核糖核酸）中编码的规则一样，生物电研究人员预测，破译“电子组”将帮助我们解码人体的多层次通信系统，并为我们提供控制这些系统的相应方法。

在过去的10～15年，实验表明，我们不仅可以破解这些密码，甚至可以自己学习编写这些密码。研究人员正在寻找精确的方法来调试我们细胞内的电路，而这些电路负责我们的身体从愈合到再生再到记忆的一切。例如，当健康细胞癌变时，它们的电信号会发生根本性的变化。但是如果将这些电子信号恢复到正常状态，则会使肿瘤细胞发生逆转，恢复为健康细胞。其他实验表明，大脑中特定的电活动模式形成了特定的感官体验，这些体验可以被记录和覆盖。这将有助于我们实施先进的修复术，使人能够像感受到他们出生时的皮肤那样感受修复后的组织。如果细胞在它们的生物电通信中确实携带着不同种类的信息，那么破解其生物电密码可能会解决一些此前我们用所有遗传和化学干预手段都无法解决的问题。这就像是打开一个电器箱，随心所欲地给我们的身体系统重新布线一样。

如果我们可以从生物电的源头对其加以操纵，其后果将令人震撼不已。我们能否很好地解读这些密码，从而在我们的生物机体出现故障时进行修复？一些生物电研究人员甚至宣称，学习这种软件的编码规则，便可以让我们的身体和思想像硬件一样可编程。他们提出了各种各样的可能：编辑人的电子密码来提高智力，改变麻烦的人格，使截肢的肢体再生，或者干脆重新绘制身体的蓝图。如果我们真的由电驱动，那么我们应该在细胞的层面上都是可编程的。

但是，当我们开始使用生物电知识来获得更好的成绩，而不是治疗癌症时，会发生什么呢？基因编辑技术CRISPR带来了一系列关于设计婴儿的担忧，我们编辑生物电密码的能力也会让人在这方面有同样的顾虑。在一项研究中，研究人员仅仅通过对电子组进行简单的调整，就能让青蛙的屁股上长出功能正常的眼睛，而在另一项研究中能让蠕虫长出两个头。不管是青蛙、蠕虫还是人类，电子组和身体形状之间都存在明显的相关性，所以在有人为扩大社交媒体影响力而给自己培养出第三只眼睛之前，我们需要对此进行更多的探讨。

生物电研究也很容易因一种模糊不清但又不可否认的冲动而误入歧途，它主张人类的肉体低劣而苦弱，唯有通过对“软硬件”的强化和替换才能令其得到提升。有一种观点是，总有一天我们会将自己的意识都上传到“云端”这个由硅晶片构成的无瑕天堂。那么，我们应该对人类的升级或改造设置哪些限制呢？谁来管理重新绘制人体电路的规则？如果每个国家的国防部都让自己的士兵接受我在加利福尼亚州做的训练，又会如何？

本书将帮助你了解生物电，无论是传统认知范畴中它在大脑和神经系统中所承担的工作，还是如今我们发现的它在更为广阔、更出人意料的情境之中所扮演的角色。本书将阐明为什么我们一直以人造电模拟生物电的工作原理。你还会看到研究人员是如何超越人造电刺激，构建可以用生物电的自身语言与我们的身体交流的新植入物——从由青蛙细胞制成的机器人到由虾甲壳素制成的新型电子植入物，不一而足。如果我们想要操纵人体，我们至少应该按照它自己的运行方式来操纵它。这些方式是经过数百万年的进化磨砺出来的，而不是我们发明的头戴设备运行出来的。我们已经进入了生物电的新阶段。“在生物电领域，我们现在所立足之处，就相当于天文学领域在伽利略发明望远镜时的阶段。”正在探寻未知领域的癌症研究人员迪加哥兹如此说道。如果19世纪曾被称为“电的世纪”，那么21世纪将被称为“生物电的世纪”。